森林凋落物(litterfall)是森林植物在其生长发育过程中新陈代谢的产物, 在物质循环和能量流动方面起着重要作用。该文利用已发表的我国主要森林凋落物的研究数据, 分析了不同组分(叶、枝和繁殖器官)凋落物量之间及其与总凋落物量之间的异速比例关系。结果表明: 我国森林叶、枝和繁殖器官的平均凋落物量分别为3 810.34、1 019.07和767.95 kg·hm^-2·a^-1; 温度、降水量、林龄对森林凋落物量均有一定程度的影响, 其中温度对各组分凋落物量的影响最大。叶凋落物量(L_L)与总凋落物量(L_T)之间呈等速生长关系(L_L ∝ L_T^0.96), 繁殖器官和枝的凋落物量(分别为L_P和L_B)与L_T之间呈异速比例关系, 分别为L_P ∝ L_T^1.84和L_B ∝ L_T^1.61。不同组分凋落物量之间具有显著的异速比例关系, 其异速指数均小于1.0。不同林型(常绿林和落叶林)各组分凋落物量之间的异速比例关系无显著差异。了解不同组分凋落物量与总凋落物量之间的异速比例关系可以为更加精确地估算森林生产力提供理论依据。

土壤动物对高寒森林凋落物养分元素动态具有重要影响, 但这种影响受控于凋落物质量及环境条件。为了解土壤动物对高寒森林凋落物不同分解时期凋落物中N和P元素动态的影响, 采用凋落物分解袋的方法, 于凋落物第一年分解的不同时期, 即冻结前期、冻结期、融化期、生长季节初期、生长季节中期和生长季节末期, 研究了3.00和0.04 mm孔径凋落物袋中川西亚高山和高山森林的代表性植物——康定柳(Salix paraplesia)、方枝柏(Sabina saltuaria)、红桦(Betula albosinensis)和岷江冷杉(Abies fargesii var. faxoniana)凋落物中的N和P元素动态特征。结果表明: 康定柳和红桦凋落物中的N元素呈现出释放—富集—释放的模式, 方枝柏、岷江冷杉凋落物中的N元素则表现为释放—富集模式; 凋落物P元素总体表现为释放模式, 但4种植物凋落物均在生长季节中期具有明显的富集过程; 从凋落物分解的第一年来看, 土壤动物明显促进了4种植物凋落物N的释放, 而抑制了P的释放; 不同时期土壤动物对凋落物中N和P释放量的影响存在显著差异, 且分别与正积温呈极显著正相关和极显著负相关关系; 相对于阔叶植物凋落物, 土壤动物对针叶植物凋落物中N和P元素动态的影响更为显著。这些结果为深入了解高寒森林生态系统土壤动物与凋落物分解等物质循环过程的相互联系具有重要意义。

具鳞水柏枝(Myricaria squamosa)是我国高寒地区广泛分布的优势河谷灌木, 具有维持河谷湿地系统稳定的功能。然而, 目前国内外有关具鳞水柏枝水分利用来源的定量研究很少。该文运用氢稳定同位素示踪方法, 分析了青海湖流域具鳞水柏枝茎(木质部)水和潜在水源(地下水、河水和土壤水)的氢稳定同位素比率(δD)的季节变化, 发现具鳞水柏枝在不同水文环境下的植物水分利用来源有明显差异。研究结果表明, 生长在河岸边的具鳞水柏枝在6、7月主要利用地下水与河水, 分别占其所利用水分的89%、86%和55%、65%, 8月主要利用0-20 cm土层的土壤水, 9月水源不详。生长在离河岸约100 m处的具鳞水柏枝在6月主要利用地下水与河水(91%、70%), 在7-9月以0-60 cm土层的土壤水为主要水源。这表明生长在河岸边的具鳞水柏枝对地下水和河水的依赖程度较高, 而距离河岸约100 m时对土壤水的利用量较多, 反映出生长在不同生境中的具鳞水柏枝对特定水分条件的特殊适应结果。

随着气候条件的改变, 人口和载畜量的日益增加, 塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲主要植物种群花花柴(Karelinia caspia)和骆驼刺(Alhagi sparsifolia)正遭受日益严重的虫噬、放牧等机械损伤的影响, 干扰因子对花花柴和骆驼刺的影响日趋明显。以塔克拉玛干南缘沙漠策勒绿洲主要建群种花花柴和骆驼刺为材料, 测量了韧皮部环割处理10天后, 光合色素含量和光系统II (PSII)叶绿素荧光的变化。结果表明: (1)在韧皮部半割处理下, 花花柴、骆驼刺的光合色素含量和叶绿素荧光变化都不明显。(2)在韧皮部全割处理下, 花花柴、骆驼刺的光合色素含量和叶绿素荧光各参数变化较大, 在该处理下, 两种植物光合原初反应被抑制, PSII结构和功能遭到损害, 活性降低, 光合器官对光能的吸收、传递、转化和电子捕获等过程被抑制。(3)韧皮部全割对花花柴和骆驼刺各生理状况产生较大影响, 相比而言, 环割对花花柴的影响更为持久。对于单个植株而言, 机械损伤对花花柴的破坏损伤更为显著。(4)在环割对花花柴和骆驼刺光合速率的影响中, 存在着依赖于碳水化合物(carbohydrate-dependent)的机制。

3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)是天山云杉(Picea schrenkiana ssp. tianschanica)叶和凋落物中存在的主要自毒物质, 是导致天山云杉林天然更新障碍的原因之一。为了解释自毒物质发生作用的生理机制, 该文设计多个浓度梯度的DHAP溶液处理天山云杉种子, 以发芽率和发芽势为种子萌发参数, 运用反相超高效液相色谱(UPLC)分析技术, 检测了种子萌发过程中内源植物激素玉米素(ZT)、赤霉素(GA₃)、吲哚乙酸(IAA)和脱落酸(ABA)含量水平的变化。研究结果表明: DHAP处理对天山云杉种子萌发影响具有浓度效应, 表现为5.0 mmol·L^-1 > 0.1 mmol·L^-1 > 1.0 mmol·L^-1 >对照, 即5.0 mmol·L^-1 DHAP处理组对种子萌发的抑制作用最强、0.1 mmol·L^-1 DHAP处理组次之、1.0 mmol·L^-1 DHAP处理组最弱; DHAP处理组的种子内源ZT、GA₃浓度水平降低, ABA含量升高, GA₃浓度峰值出现时间延迟, IAA浓度在高浓度(5.0 mmol·L^-1 DHAP)处理组短时间内(3-6天)过量积累, 1.0和5.0 mmol·L^-1 DHAP处理组的种子内源ABA浓度峰值出现时间延迟; DHAP处理种子萌发1-6天时, ZT/(GA₃+IAA)比值降低, IAA/ZT、ABA/ZT比值增大; ABA/(ZT + GA₃ + IAA)比值在0.1 mmol·L^-1 DHAP处理组增大, 在5.0 mmol·L^-1 DHAP处理组降低。DHAP处理引发种子内源激素含量水平及激素含量间比值变化, 可能是抑制、延迟天山云杉种子萌发的主要原因。

多环芳烃(PAHs)是持久性有机污染物(POP)之一, 通过大气沉降和污水灌溉能被植物吸收, 对食品生产安全和人类生命健康具有极大威胁。为探究PAHs对蔬菜作物的生长影响及毒害机理, 采用盆栽试验研究了不同浓度的荧蒽(FLU)和苯并[a]芘(B[a]P)单独胁迫下对油菜(Brassica chinensis)生长、生理和品质的影响及在油菜茎叶内的积累。结果表明: FLU和B[a]P在油菜茎叶内的积累量随着土壤中施加浓度的升高而增加, FLU胁迫下各处理间差异显著(p < 0.05), B[a]P胁迫下5.0和10.0 mg·kg^-1时积累量与对照(CK)相比显著(p < 0.05)增加, 10.0 mg·kg^-1时油菜茎叶内的最大B[a]P积累量没有超过我国食品安全标准; FLU和B[a]P对油菜叶长、叶宽和地上生物量的影响都是低浓度促进高浓度抑制; FLU和B[a]P胁迫下与CK相比株高和光合速率(P_n)值都显著(p < 0.05)降低; 对叶绿素含量的影响是低浓度促进高浓度抑制; 从总体来看, FLU胁迫对还原性维生素C (Vc)具有抑制作用, 5.0 mg·kg^-1时Vc含量最低, 而B[a]P胁迫下变化不规律, 在0.5 mg·kg^-1胁迫时与CK相比略有增加, 5.0 mg·kg^-1时含量最低。

以目前大面积栽培的甘蓝型油菜(Brassica napus) ‘秦优10号’和其田间常见的8种杂草播娘蒿(Descurainia sophia)、泽漆(Euphorbia helioscopia)、野燕麦(Avena fatua)、棒头草(Polypogon fugax)、婆婆纳(Veronica didyma)、看麦娘(Alopecurus aequalis)、灰绿藜(Chenopodium glaucum)、反枝苋(Amaranthus retroflexus)为试验材料, 利用人工气候培养箱控温, 研究了10 ℃/5 ℃ (昼/夜)、18 ℃/10 ℃、25 ℃/20 ℃、35 ℃/30 ℃、40 ℃/35 ℃不同温度幅度处理对它们的发芽势、发芽率、幼苗形态及生理指标的影响, 旨在为预测气候变化环境下油菜田恶性靶标杂草的演替趋势提供参考依据。试验结果表明: 不同供试杂草对温度变化表现出明显的适应性差异, 看麦娘、灰绿藜和反枝苋的最适萌发温度偏高, 如反枝苋在高温处理(40 ℃/35 ℃)下种子的发芽率达到最高(91%); 而播娘蒿、泽漆、野燕麦、棒头草、婆婆纳种子的最适萌发温度主要集中于10-18 ℃范围内。进一步测试研究表明, 高温处理(40 ℃/35 ℃)下, 反枝苋幼苗生长旺盛, 体内丙二醛的积累也明显低于低温(10 ℃/5 ℃)处理, 可溶性糖和可溶性蛋白含量以及保护酶活性也较高, 表明反枝苋对高温胁迫有较好的适应性, 灰绿藜对高温的响应与反枝苋相似, 在高温气候年份, 要严防这2种草害加重; 而在低温处理(10 ℃/5 ℃)下, 野燕麦的种子萌发率达到100%, 其幼苗生长旺盛, 体内可溶性糖和可溶性蛋白含量及保护酶活性较高, 播娘蒿对低温胁迫的响应类似于野燕麦, 因此在寒冷年份需加强对野燕麦和播娘蒿草害的预防。供试油菜品种相对于所有供试杂草对温度变化的适应性更好, 其种子在不同温度处理下均保持较稳定的高发芽率, 且幼苗长势良好, 表明‘秦优10号’是一个对温度变化适应性很好的油菜品种。

使用树轮生态学方法研究了山西芦芽山建群种白杄(Picea meyeri)径向生长对气候变暖的响应状况, 发现随着气温升高, 不同海拔白杄生长与气候因子关系的变化存在差别。研究区气温可以分为1958-1983年的气温降低阶段和1984-2007年的气温升高阶段。由气温降低阶段进入气温升高阶段, 低海拔白杄树轮年表的序列间相关系数和第一主成分解释量均增大, 而高海拔白杄树轮年表的序列间相关系数和第一主成分解释量均减小, 表明气候条件对低海拔白杄生长的影响增强而对高海拔白杄生长的影响减弱。随着气温升高, 不同海拔白杄径向生长与气候因子的关系均出现了变化。1958-1983年, 低海拔(2 060 m)白杄生长与7月降水量显著正相关(p < 0.05), 而在1984-2007年, 这一关系表现为极显著正相关(p < 0.01), 同时与生长季中5-7月平均气温呈现显著负相关(p < 0.05)。海拔2 330 m, 白杄在1958-1983年与7月降水量极显著正相关(p < 0.01), 进入1984-2007年后与气候因子没有显著相关关系。海拔2 440 m, 白杄生长由1958-1983年的与气候因子没有显著相关关系转变为1984-2007年的与上一年10月平均气温显著负相关(p < 0.05)。高海拔(2 540 m)白杄生长在1958-1983年与上一年11月平均气温极显著负相关(p < 0.01), 在1984-2007年与上一年10月、当年1月平均气温和6月降水量均显著负相关(p < 0.05)。滑动相关分析结果表明, 随着气温升高, 低海拔主要气候因子对生长的影响增强, 而高海拔主要气候因子对生长的影响减弱, 这可能成为高海拔白杄生长对气温升高敏感性降低的原因。在气候变暖的驱动下, 海拔引起的白杄生长与气候因子关系的差异发生了变化。

为了更好地了解全球变暖对草地生态系统的影响机制, 该文介绍了红外加热技术的原理、增温效应及其优缺点, 重点从植物物候、光合生理、生长发育、群落结构和功能、土壤特性, 特别是植物群落地下过程方面, 系统综述了基于红外加热技术模拟气候变暖对草地生态系统影响的最新研究进展, 在此基础上探讨了未来草地生态系统响应全球变暖研究拟重视的研究领域。